CN102071978A

CN102071978A - 一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法

Info

Publication number: CN102071978A
Application number: CN2010105788836A
Authority: CN
Inventors: 苏雷涛; 田丰; 冯永新
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2011-05-25

Abstract

本发明公开了一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，包括：（1）在机组负荷≥30%额定负荷，且发电机油开关断开时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时，OPC复位；（2）在汽轮机转速≥103%额定转速时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时，OPC复位。采用本发明技术方案，对在甩负荷工况下中调门全开的汽轮发电机组，可以在甩负荷工况发生时有效减少OPC动作次数并避免二次转速飞升，对于甩负荷工况下中调门参与调节的机组，也能使机组转速尽快稳定。可见本发明技术方案对于保证汽轮发电机组的安全稳定运行和电网供电安全有重要意义。

Description

一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法。

背景技术

机组甩负荷工况是指机组在并入电网带有一定功率运行时，突然由于线路故障等原因，保护动作断开发电机的主开关，此时，由于汽轮机汽门关闭需要一定时间，汽轮发电机组的汽功率和电功率出现不平衡（实际此时电功率为零），汽轮发电机的转子转速即出现突然飞升，经一定时间暂态的过渡过程，在汽轮机数字电液调节系统（digital electro-hydraulic control，DEH）的控制下，逐渐恢复至额定转速3000r/min运行的工况。甩负荷工况时，最大的危险来自机组的动态转速飞升，DEH的动态特性，也即有效抑制甩负荷工况时的动态转速飞升并尽快回复至稳定的额定转速。

防止汽轮机超速是调节保安系统的一个重要功能，尤其是发生甩负荷等恶劣工况时，要求调节汽门能尽快关闭，控制汽轮机转速不致使机组跳闸，并将转速控制在同步转速。若是电网短时故障，应能迅速重新并网接带负荷。随着单机容量的不断增大，蒸汽做功能力和转子转动惯量的差距越来越大，仅靠DEH的转速反馈而将汽门快速关闭已难满足使机组转子飞升不致跳闸的要求。于是，大约在上个世纪40～50年代，已有电厂引入了超速保护控制(over-Speed Protection Control，OPC)。OPC源于美国西屋公司的超速保护系统，在工程实践中常与转速110％超速保护混淆，汽轮机OPC系统在国家电力行业标准DL／T701-l999中表述为：OPC是一种抑制超速的控制功能。有采用加速度限制方法实现的，也有采用双位控制方式实现的，如汽轮机转速达到额定转速的103％时，自动关闭调节汽门，当转速恢复正常时再开启调节汽门，如此反复，直至正常转速控制回路能维持额定转速；或者2种方法同时采用。由此可见，OPC译为超速保护限制控制更为贴切，它实际上属于DEH的范畴，主汽门并不关闭，而转速110％超速保护则是用电气的方法实现的紧急遮断系统，属于保安系统，它们有本质的不同。在开关跳闸瞬间，OPC立即抢断DEH的控制权，强行将调节汽门短时关闭，经过一定的延时，转速控制交由DEH。

现有的OPC的工作原理如图1所示，OPC有两个保护回路，其基本设计思想是：第一回路，当汽轮机转速超过103%额定转速时，通过OPC电磁阀，OPC动作，强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，当转速低于103%额定转速，OPC电磁阀复位，转速交由DEH控制；第二回路，是机组负荷在30%负荷以上，发电机油开关跳闸，OPC动作，通过OPC电磁阀，强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，延时一定时间（一般2秒左右，有些为1～10秒之间的某个值），且转速低于103%额定转速，电磁阀复位，转速交由DEH控制。

可以看出，OPC的复位条件主要有两个：一个是OPC动作延时时间，一个是机组转速。对于第一回路，复位条件是看机组转速（低于103%额定转速），而第二回路，则是要OPC动作延时时间和机组转速（低于103%额定转速）均满足条件才复位。现有技术存在以下缺点。

（1）对于OPC的第二回路的动作延时时间，也即复位延时时间，第二回路复位延时时间的逻辑设计，源于发电机电气功率和汽轮机机械功率不平衡的快关（Fast Valving）功能，对于甩负荷后转速给定值和目标值均设计为3000r/min的纯电调DEH控制系统，其理想的复位延时时间长短的选择的作用，是当甩负荷情况发生时，OPC的甩负荷预感器第二回路动作，保持一定时间复位之后，确保第一次飞升转速已经达到最高值，然后在下降过程中，仍在3090r/min以上，使OPC第一回路继续动作，这样可以同时有效抑制机组的一次及二次飞升转速。时间太短，比如在第一次飞升转速超过3090r/min之前，则在OPC的第二回路复位后，OPC的第一回路也还没有触发，这样将使第一次飞升转速过高，如果时间太长，也可能在复位后，由于机组实际转速和额定转速3000r/min偏差太大，导致机组二次飞升转速过高，以及转速波动持续时间较长和波动范围过大。二次转速飞升过高，是很多甩负荷工况及试验中比较常见的问题。

但最为困难的是，从机组甩负荷工况的动态过程可以知道，对于不同的负荷情况下的甩负荷工况，比如35％、50％、100％额定负荷的甩负荷，能够同时有效抑制第一次和第二次飞升转速的最佳的复位延时时间是不同的，并非一个定值，因为不同负荷情况下的甩负荷工况，转速飞升的加速度是不同的，第一最高飞升转速值也不同，从初始转速飞升至第一最高飞升转速的时间自然也不同，然后从第一最高飞升转速下降至3090r/min以下的时间也不同。加上考虑到不同的机组，汽门严密性、调门关闭时间实际多少也有所不同，对前述因素也有影响。所以实际应用中，往往都是以最恶劣的100％额定负荷的甩负荷工况来作为设计依据，来选择OPC的第二回路的复位延时时间的，这个时间，一般是2～3秒比较合适，也有些技术观点认为6秒左右比较合适。这样带来的问题，就是在实际甩较低负荷时，比如50％负荷时，二次飞升转速会比较高，往往超过第一次的飞升转速值。尤其对于采用高压缸启动方式，甩负荷工况时中压调门以两位阀方式工作，不参与转速调节的机组，这点尤其突出，也是导致这类机组在甩负荷中二次飞升转速较高和OPC动作次数较多的一个重要原因。

（2）OPC超速保护复位条件的另一个条件，即复位转速，普遍的原始设计是当OPC动作后，转速低于103%额定转速，也即3090r/min时，OPC电磁阀复位，OPC的两个回路均含有这个复位条件，只不过如前所述，第二回路的复位条件还会同时与上延时时间这个条件。

很明显，3090r/min左右的复位转速明显偏高，因为OPC的第一回路也是在这个转速值动作的，这样高的复位转速，常常会使甩负荷时的二次转速飞升（包括在之后的整个转速调整过程中，OPC的第一回路动作时的转速飞升）比较高，实践表明，二次飞升不可忽视，其危害甚至超过一次飞升，很多机组甩负荷试验时往往一次飞升转速不高，但二次飞升转速较高，达到危急保安器动作转速，导致机组跳闸，甩负荷试验失败。

另一个危害就是对于中压调门不参与转速调节，以两位阀方式工作的机组，如果选择3090r/min作为复位转速，将会导致机组转速在3090r/min附近来回波动，OPC的第一回路频繁和多次动作，如果刚好机组的再热汽压力没有及时降下来，那么OPC的动作次数和频率将达到非常惊人的水平，很容易导致设备的损坏，这点有很多实际的例子证明，如嘉兴电厂2号机300MW机组，最高飞升转速3133r/min，其间OPC动作3次，历时98s后才将机组转速稳定在3000r/min；外高桥电厂3号机300MW机组，最高飞升转速3170r/min，OPC动作10次，历时248s后转速稳定在3000r/min；秦皇岛电厂4号机300MW机组，最高飞升转速3116r/min，OPC动作5次；厦门嵩屿电厂2号机300MW机组，最高飞升转速3177r/min，其间OPC动作13次，经300s后才将机组转速稳定在3000r/min；石门电厂1号机300MW机组，最高飞升转速3151r/min，OPC动作5次；渭河电厂6号机300MW机组，最高飞升转速3152r/min，其间OPC动作5次，；益阳电厂1号机引进型300MW机组意外甩负荷，由于没有旁路的设计，OPC动作29次。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，以解决现有技术中汽轮机组甩负荷工况时常常发生二次飞升转速较高和OPC动作次数过多的问题。

本发明的一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，包括：（1）在机组负荷≥30%额定负荷，且发电机油开关断开时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时，OPC复位；（2）在汽轮机转速≥103%额定转速时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时， OPC复位。

与现有技术相比，本发明的优点是：本发明提供的汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，将OPC两个回路的复位条件，均统一为汽轮机转速小于额定转速，对在甩负荷工况下中调门全开的汽轮发电机组，可以在甩负荷工况发生时有效减少OPC动作次数并避免二次转速飞升；对于甩负荷工况下中调门参与调节的机组，也能使机组转速尽快稳定。

由此可见，本发明提供的汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法对于保证汽轮发电机组的安全稳定运行和电网供电安全有重要意义。

附图说明

图1是现有技术中汽轮机甩负荷工况下超速保护的原理框图。

图2是本发明实施例的汽轮机甩负荷工况下超速保护的原理框图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，利用现有的DEH系统和OPC系统。OPC具有两个回路：第二回路，在机组负荷≥30%额定负荷，且发电机油开关断开时，DEH触发OPC动作，OPC强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，在汽轮机转速＜额定转速时，DEH触发OPC复位，汽轮机转速交由DEH控制至额定转速。第一回路，在汽轮机转速≥103%额定转速时，OPC动作，OPC强行迅速关闭调节汽门，以阻止转速的过度飞升，在汽轮机转速＜额定转速时，DEH触发OPC复位，汽轮机转速交由DEH控制至额定转速。

由此可见，本发明放弃OPC的第二回路复位延时时间的设计思想，回归到OPC超速保护装置的本质作用上来。OPC超速保护装置主要是为了防止机组在甩负荷时超速，最本质的控制对象，也就是机组转速，所以，对于复位条件，只要选择机组转速低于3000r/min（额定转速）复位，来代替复位延时时间，作为复位条件，就可以保证机组在甩任何负荷的甩负荷工况下，均能使OPC超速保护装置起到最佳效果，同时有效抑制首次转速飞升和二次转速飞升。同时OPC超速保护复位条件的另一个条件，即复位转速，也由原来的额定转速103%，也即3090r/min改为3000r/min。

总的来说，就是OPC的两个复位条件，复位延时时间和复位转速，就像OPC的第二回路和第一回路，是互相协调，相辅相成的，所以，对于两个回路的复位条件，可以简单有效的统一为：当OPC动作以后，机组转速低于3000r/min时，OPC复位。这样的复位条件设计，非常简单和谐，效果也很好。能够有效减少汽机甩负荷工况下中调门全开时OPC频繁动作，并避免二次转速飞升。

采用本发明技术方案，对在甩负荷工况下中调门全开的汽轮发电机组，可以在甩负荷工况发生时有效减少OPC动作次数并避免二次转速飞升。对于甩负荷工况下中调门参与调节的机组，也能使机组转速尽快稳定。可见本发明技术方案对于保证汽轮发电机组的安全稳定运行和电网供电安全有重要意义。

以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims

1. 一种汽轮机甩负荷工况下超速保护的方法，其特征在于，包括：

（1）在机组负荷≥30%额定负荷，且发电机油开关断开时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时，OPC复位；

（2）在汽轮机转速≥103%额定转速时，OPC动作，在汽轮机转速＜额定转速时，OPC复位。